CN115824824A - 一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置及方法，属于岩石多物理场环境模拟试验技术领域。本发明装置包括一体式反力壳体、三向独立分流系统、三向应力加载系统、图像采集装置、控制总系统，三向独立分流系统和三向应力加载系统均与控制总系统连接，三向应力加载系统用于提供测试所需三向压应力，三向独立分流系统用于提供测试所需三向孔隙水压力以实现对正方体试样独立施加三向孔隙水压力，图像采集装置可实时采集真三轴应力下三向孔隙水压力作用时正方体试样中心模拟深井内的图像信息，直观呈现真三轴应力‑渗流耦合作用下的正方体试样内部壁岩的破坏状态以及水流量信号，并通过计算机分析和观测井壁渗水/涌水现象。

Description

一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置及方法，属于岩石多物理场环境模拟试验技术领域。

背景技术

深地工程普遍存在高地应力、高温、高孔隙水压及强扰动等“三高一扰动”问题，这些客观存在的问题引发了深地工程诸如围岩大变形、围岩蚀变、岩爆以及突涌水等工程地质灾害，而工程开挖后，围岩在多物理场耦合作用下使得深井壁岩产生新的裂缝，加上地质体本身裂缝网络的复杂性，使其围岩的破坏作用机理极为复杂，导致深井突涌水控制愈加困难，也严重影响工程的进度和安全，尤其在煤炭资源开发领域，突涌水灾害更加严重，因此，岩石真三轴应力-渗流耦合作用机制及其突涌水防治研究显得尤为重要，同时，深部岩体应力-渗流耦合作用机理研究也是岩石工程领域研究的前沿课题，对指导深地工程设计、施工和灾害防控与预测具有重大意义。

随着浅地表资源的开采殆尽，资源的开发利用正加速向深地进军，同时也伴随着大量突涌水灾害事故的频繁发生，给工程设备及人员造成不可估量的经济损失和人员伤亡，而深井工程的突涌水灾害与围岩应力-渗流耦合作用直接相关，工程开挖后引起的围岩裂缝网络难以控制，导致深井环境地下水系运动极为复杂，开展能实现深井在真三轴条件下的突涌水模拟的试验装备研究具有重要的理论研究价值和工程实践指导意义。而当前对围岩应力-渗流耦合作用机制研究主要考虑不同应力作用下的单向渗透特性研究，难以同工程实际较好的对应，真实工程开挖后的围岩往往处于三向应力及三维水系环境中，均是从四周水域向工程临空区域汇聚，渗流环境属于三维空间并非单方向渗流环境，单向应力-渗流系统难以反映复杂水系在围岩裂缝中的运移机制，其测试结果难以对工程设计及施工形成直接指导，因此，亟待研发真三维应力-渗流耦合分析试验装备系统，对研究三维应力场、渗流场耦合作用下围岩内部的流体运移机制意义重大，对解决深井围岩突涌水灾害防控问题更具有实质意义。为此，已有一部分学者亦在尝试研究围岩在真三轴条件下三维水系的渗流问题以解决当前设备存在的局限。

现有技术中，渗流模拟装置、真三轴岩石渗透率实时测定系统，可实现真三轴应力状态和大于200℃下试样实时渗透率的测量，但其流体压力仅能进行单向施加，无法分析不同方向水压力向同一方向汇聚的水流传递过程，即尚未能实现真正的三维渗透测试。

真三轴三向渗流岩心夹持器及其使用方法的装置，在试样外围设有一六向密封套，通过六向密封套实现三维水压的施加，进而实现三维岩石渗透特性的测定，但该装置亦未能实现对外围水系向岩石内部渗透过程进行监测，外部水流向岩石内部裂隙渗透过程仍难以测定，且存在当孔隙水压力过大时，水流从试样与六向密封套贴合处逸散进入渗流出口通道的风险，存在渗透系数测量值失真的问题。

可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，能够制备可视化的单裂隙岩石应力-渗流耦合试样，能对全试验过程进行跟踪记录，可以准确地描述单裂隙试样在应力-渗流耦合条件下裂纹的开展过程以及对应的渗透系数变化，但其仍不能满足三维渗流测试的需要。

综上，目前所研发的岩石真三轴应力-渗流耦合分析系统主要存在几个问题：（1）难以真正实现三维水流的分向施加，非真正的三维渗流体系；（2）尚无有效设备实现真三轴应力下三向不同水流向同一方向渗透过程的涌水量实时监测；（3）岩石中的水流运动过程极为复杂，单向渗流方向下测定的岩石渗透系数与三维渗透系数存在较大误差，三维渗透系数测定方法及装置亟待研发。

发明内容

本发明针对岩石真三轴应力-渗流耦合分析系统存在的技术问题，提出一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置及方法，试验测试过程中可实现对模拟“深井”内壁渗水信息进行实时监测，可观察“深井”井壁突涌水演化过程，同时，可实时测定真三轴条件下三维水压力时模拟“深井”涌水累积过程，同时，通过配合岩石CT和带有荧光物质的流体进行测试时，可实现水体在应力加载过程中运动轨迹的探测，进而研究水体在围岩真三轴应力下的运移机制和运动规律，实现三维水流的分向施加，使得岩石在真三轴应力下的三维渗透特性可以实时测量，也为岩石真三轴应力-渗流耦合作用下深井突涌水机理研究提供新型测试系统。

本发明装置包括一体式反力壳体、三向独立分流系统、三向应力加载系统、图像采集装置41、分向密封圈27、控制总系统，三向独立分流系统和三向应力加载系统均与控制总系统连接，三向应力加载系统用于提供测试所需三向压应力，三向独立分流系统用于提供测试所需三向孔隙水压力并通过分向密封圈27以实现对正方体试样独立施加三向孔隙水压力，图像采集装置41可实时采集三向孔隙水压力和三向压应力耦合作用下正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，并实时观察和采集正方体试样中心模拟深井内的壁岩破坏状态以及水流量信号，并通过计算机分析和观测井壁渗水/涌水现象，可模拟研究真三轴应力-渗流耦合作用下深井三维渗水/涌水机制。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，包括一体式反力壳体1、三向独立分流系统、三向应力加载系统、图像采集装置41、分向密封圈27、控制总系统，一体式反力壳体1内设置有压力舱，分向密封圈27通过下垫板设置在压力舱的中心，下垫板的排液口通过排液管道外接集液池36，正方体试样33设置在分向密封圈27内，正方体试样33的中心竖直设置有贯穿正方体试样33的中心通孔，中心通孔为正方体试样33的模拟深井34，三向应力加载系统包括X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置，X方向应力加载装置对称设置在一体式反力壳体1的X方向两侧，Y方向应力加载装置对称设置在一体式反力壳体1的Y方向两侧，Z方向应力加载装置设置在一体式反力壳体1的Z方向顶端，三向独立分流系统包括X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置，X方向分流装置对称设置在分向密封圈27的X方向两侧且分别与X方向应力加载装置的端头固定连接，Y方向分流装置对称设置在分向密封圈27的Y方向两侧且分别与Y方向应力加载装置的端头固定连接，Z方向分流装置设置在分向密封圈27的Z方向顶端且与Z方向应力加载装置的端头固定连接；工作时，X方向分流装置与正方体试样33的X方向两侧面接触，Y方向分流装置与正方体试样33的Y方向两侧面接触，Z方向分流装置与正方体试样33的Z方向顶面接触，X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置的侧面均与分向密封圈27对应端面贴合密封，图像采集装置41竖直固定设置在Z方向分流装置的中心且图像采集装置41穿过分向密封圈27并向下插设在正方体试样33中心的模拟深井34内的顶部，三向独立分流系统和三向应力加载系统均与控制总系统连接。

所述X方向应力加载装置为拆卸设置在一体式反力壳体1 X方向的X方向液压油泵2，X方向液压油泵2包括对称设置在一体式反力壳体1 X方向两侧的X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2，X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的底端均竖直设置有支撑板29，X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2均通过支撑板29底端的滑轮42滑设在沿X方向的导轨12上，导轨12通过导轨承重柱13固定设置在地面，导轨12的两侧设置有X方向的底座枕木11，一体式反力壳体1设置在底座枕木11的中部，X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的外侧端均固定设置有自动伸缩杆8，自动伸缩杆8的端头固定设置有与自动伸缩杆8连通的蓄能器14，自动伸缩杆8的端头通过固定基座9固定设置在导轨12的起始端；X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的内侧端通过其端头固定设置的法兰盘28与一体式反力壳体1X方向两侧拆卸连接，X方向分流装置分别固定设置在X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的内侧端头。

固定基座9用于承载自动伸缩杆8，自动伸缩杆8用于推进X方向液压油泵2即X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的前后移动，作为拆卸和安装X方向应力加载装置的自动移动装置，蓄能器14可为自动伸缩杆8提供伸缩的能量，并调控X方向液压油泵2即X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的推进速度和距离；

所述X方向分流装置包括X方向压头和X方向孔筛垫板22，X方向压头分别固定设置在X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的内侧端头，X方向压头内设置有进水通道32，X方向孔筛垫板22固定设置在X方向压头上，进水通道32与X方向孔筛垫板22的筛孔连通；工作时，X方向孔筛垫板22与正方体试样33的X方向两侧面接触，X方向孔筛垫板22的侧面固定设置有X方向位移传感器24，X方向位移传感器24的探头延伸方向与X方向孔筛垫板22移动方向相同；X方向位移传感器24可实时监测自动伸缩杆8调节下以及X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2推动下X方向孔筛垫板22在X方向的移动距离。

所述Y方向应力加载装置为固定设置在一体式反力壳体1Y方向两侧的Y方向液压油泵4，Y方向液压油泵4包括Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2，Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2分别对称设置在一体式反力壳体1Y方向两侧；Y方向分流装置包括Y方向压头和Y方向孔筛垫板23，Y方向压头分别固定设置在Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2的内侧端头，Y方向压头内也设置有进水通道32，Y方向孔筛垫板23固定设置在Y方向压头上，Y方向压头内的进水通道32与Y方向孔筛垫板23的筛孔连通；工作时，Y方向孔筛垫板23与正方体试样33的Y方向两侧面接触，Y方向孔筛垫板23的侧面固定设置有Y方向位移传感器，Y方向位移传感器的探头延伸方向与Y方向孔筛垫板23移动方向相同；Y方向位移传感器可实时监测Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2推动下Y方向孔筛垫板23在Y方向的移动距离。

所述Z方向应力加载装置包括固定设置在一体式反力壳体1Z方向顶端的Z方向液压油泵3；Z方向分流装置包括Z方向压头和Z方向孔筛垫板21，Z方向压头内也设置有进水通道32，Z方向孔筛垫板21固定设置在Z方向压头上，Z方向压头内的进水通道32与Z方向孔筛垫板21的筛孔连通；工作时，Z方向孔筛垫板21与正方体试样33的Z方向两侧面接触，Z方向孔筛垫板21的侧面固定设置有Z方向位移传感器18，Z方向位移传感器18的探头延伸方向与Z方向孔筛垫板21移动方向相同，Z方向位移传感器18可实时监测Z方向液压油泵3推动下Z方向孔筛垫板21在Z方向的移动距离。

进水通道32与对应的X方向孔筛垫板22、Y方向孔筛垫板23和Z方向孔筛垫板21的筛孔连通，进水通道32外接进水管16，进水管16与控制总系统连接，控制总系统可根据需要调控进水管16的进水流量，从而调控从X方向孔筛垫板22、Y方向孔筛垫板23和Z方向孔筛垫板21的筛孔内喷向正方体试样表面的孔隙水压力。

所述图像采集装置41包括中空的金属护管Ⅰ40，金属护管Ⅰ40竖直固定设置在Z方向孔筛垫板21的中心，金属护管Ⅰ40的空腔底端中心固定设置有微型摄像头30，微型摄像头30的外侧布设有LED环向补光灯39，金属护管Ⅰ40的外侧套设有密封套Ⅰ37，工作时，图像采集装置41的底部穿过分向密封圈27并向下插设在正方体试样33中心的模拟深井34内的顶部，微型摄像头30外接计算机。

所述下垫板设置在分向密封圈27的Z方向底端，下垫板的中心竖直设置有集液装置31，集液装置31包括中空的金属护管Ⅱ43，金属护管Ⅱ43的顶端为集液口38，金属护管Ⅱ43的外侧套设有密封套Ⅱ，集液装置31的顶部穿过分向密封圈27并向上插设在正方体试样33中心的模拟深井34内的底部，集液装置31的底端为排液口，集液池36设置在一体式反力壳体1外侧，排液口通过排液管道与集液池36连通，排液管道上设置有水流量监测装置26，水流量监测装置26外接计算机。

所述分向密封圈27为框架式正方体结构，正方体试样33设置在分向密封圈27内且正方体试样33的边缘包覆设置在分向密封圈27的框架内侧，X方向分流装置对称卡设在分向密封圈27的X方向两侧的框架窗口内，Y方向分流装置对称卡设在分向密封圈27的Y方向两侧的框架窗口内，Z方向分流装置卡设在分向密封圈27的Z方向顶端的框架窗口内。

分向密封圈27压紧锁死正方体试样33的四周，分向密封圈27用于隔离外部注入的水流直接流入正方体试样33的模拟深井34内，使各个水流方向单向流动，水流通过各个方向的进水通道32分向进入正方体试样33的5个表面，水流从正方体试样33的5个表面渗透进入正方体试样33中心的模拟深井34内，再经集液装置31的集液口38收集，并经排液管道排至集液池36中，排液管道上的水流量监测装置26实时监测渗透水的收集量。

所述控制总系统包括总电源控制箱5、应力伺服控制箱6和水压控制箱7，三向独立分流系统与水压控制箱7连接，三向应力加载系统与应力伺服控制箱6连接，应力伺服控制箱6和水压控制箱7均与总电源控制箱5连接。

基于深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置的试验方法，具体步骤如下：

S1.将分向密封圈套设在正方体试样外侧，在一体式反力壳体的压力舱底板中心放置下垫板，通过排液管道将下垫板的排液口与集液池连通；将X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置分别安装在X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置的端头，并将图像采集装置竖直固定设置在Z方向分流装置的中心且使图像采集装置向下穿过分向密封圈并插设在正方体试样中心的模拟深井内的顶部；

S2.通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向应力加载装置向正方体试样施加垂直向下的力，以使Z方向分流装置卡设在分向密封圈的Z方向顶端并压紧正方体试样，X方向应力加载装置对称固定在一体式反力壳体的X方向两侧，通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置和Y方向应力加载装置同时向正方体试样对称施加X方向和Y方向的力，使X方向分流装置对称卡设在分向密封圈的X方向两侧并压紧正方体试样，Y方向分流装置对称卡设在分向密封圈的Y方向两侧并压紧正方体试样；

S3.通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置同时向正方体试样施加预设的X方向、Y方向和Z方向的压力，使正方体试样受到预设应力的围压；

S4.通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置施加X方向、Y方向和Z方向的三向孔隙水压力，X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置的水流经分向密封圈的密封阻隔作用单方向从正方体试样外侧渗透至正方体试样中心的模拟深井中，通过图像采集装置实时采集三向孔隙水压力加载过程中正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，增加三向孔隙水压力至预设值并维持不变，通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置同时向正方体试样的六个面施加预设的X方向、Y方向和Z方向的三向压应力至预设值，通过图像采集装置实时采集三向孔隙水压力和三向压应力耦合作用下正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，并实时观察和采集正方体试样中心模拟深井内的壁岩破坏状态以及水流量信号；

S5.完成深井涌水模拟的岩石真三轴三维渗流耦合试验后，通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置停止向正方体试样施加三向孔隙水压力，通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向应力加载装置卸载压力至预设值，再控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置和Y方向应力加载装置同时卸载至X方向和Y方向的压应力为零并脱离试样为止，再卸载Z方向压应力至零并脱离试样为止；

S6.拆卸X方向应力加载装置，拆除正方体试样，清扫压力舱。

本发明的有益效果：

（1）本发明深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置的三向应力加载系统用于提供测试所需三向压应力，三向独立分流系统用于提供测试所需三向孔隙水压力并通过分向密封圈以实现对正方体试样独立施加三向孔隙水压力，图像采集装置可实时采集三向孔隙水压力和三向压应力耦合作用下正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，并实时观察和采集正方体试样中心模拟深井内的壁岩破坏状态以及水流量信号，并通过计算机分析和观测井壁渗水/涌水现象；

（2）本发明深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置在试验测试过程中可实现对模拟“深井”内壁渗水信息进行实时监测，可观察“深井”井壁突涌水演化过程，同时，可实时测定真三轴条件下三维水压力时模拟“深井”涌水累积过程，同时，通过配合岩石CT和带有荧光物质的流体进行测试时，可实现水体在应力加载过程中运动轨迹的探测，进而研究水体在围岩真三轴应力下的运移机制和运动规律，实现三维水流的分向施加，使得岩石在真三轴应力下的三维渗透特性可以实时测量，也为岩石真三轴应力-渗流耦合作用下深井突涌水机理研究提供新型测试系统；

（3）本发明深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置可研究真三轴应力下深井壁面围岩的变形破坏过程，可研究真三轴应力下应力-渗流耦合作用机理，可模拟研究深地工程中深井围岩突涌水作用机制，可测定真三轴条件下岩石的三维渗透系数，可模拟真三轴条件下深井三维水系从渗水-涌水演化过程，可研究岩石真三轴作用下在深地工程中的深井围岩水体运动机制，可用于模拟真三轴应力下深井围岩突涌水过程中的三维渗透特性；

（4）本发明深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置可研究真三轴应力-渗流耦合作用下岩石的物理力学行为和渗透特性，可通过不同试样的制作研究裂隙/完整岩石真三轴应力-渗流耦合作用的强度特征和变形机理，也可模拟研究深地工程中真三轴环境下深井围岩的破坏行为。

附图说明

图1为深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置三维结构图；

图2为深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置三维结构图；

图3为深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置的纵剖面图；

图4为孔筛垫板装置组合示意图；

图5为孔筛垫板装置组合示意图（不含集液装置和图像采集装置）；

图6为Z方向孔筛垫板与图像采集装置组装示意图；

图7为Z方向孔筛垫板与图像采集装置组装示意图（不含位移传感器）；

图8为图像采集装置结构示意图；

图9为下孔筛垫板装置与集液装置组装示意图；

图10为孔筛垫板装置组合示意图（不含位移传感器、集液装置和图像采集装置）；

图11为分向密封圈结构示意图；

图12为试样结构示意图；

图中：1-一体式反力壳体、2-X方向液压油泵、3-Z方向液压油泵、4-Y方向液压油泵、5-总电源控制箱、6-应力伺服控制箱、7-水压控制箱、8-自动伸缩杆、9-固定基座、10-外部信号数据采集线、11-底座枕木、12-导轨、13-导轨承重柱、14-蓄能器、15-泵体推进控制开关、16-进水管、17-内部信号数据传输线、18-Z方向位移传感器、19-Z方向位移传感器固定盘、20-出水通道、21-Z方向孔筛垫板、22-X方向孔筛垫板、23-Y方向孔筛垫板、24-X方向位移传感器、25-X方向位移传感器固定盘、26-水流量监测装置、27-分向密封圈、28-法兰盘、29-支撑板、30-微型摄像头、31-集液装置、32-进水通道、33-正方体试样、34-模拟深井、35-螺栓、36-集液池、37-密封套Ⅰ、38-集液口、39-LED环向补光灯、40-金属护管Ⅰ、41-图像采集装置、42-滑轮、43-金属护管Ⅱ。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1~3和11所示，一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，包括一体式反力壳体1、三向独立分流系统、三向应力加载系统、图像采集装置41、分向密封圈27、控制总系统，一体式反力壳体1内设置有压力舱，分向密封圈27通过下垫板设置在压力舱的中心，下垫板的排液口通过排液管道外接集液池36，正方体试样33设置在分向密封圈27内，正方体试样33的中心竖直设置有贯穿正方体试样33的中心通孔（见图12），中心通孔为正方体试样33的模拟深井34，三向应力加载系统包括X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置，X方向应力加载装置对称设置在一体式反力壳体1的X方向两侧，Y方向应力加载装置对称设置在一体式反力壳体1的Y方向两侧，Z方向应力加载装置设置在一体式反力壳体1的Z方向顶端，三向独立分流系统包括X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置，X方向分流装置对称设置在分向密封圈27的X方向两侧且分别与X方向应力加载装置的端头固定连接，Y方向分流装置对称设置在分向密封圈27的Y方向两侧且分别与Y方向应力加载装置的端头固定连接，Z方向分流装置设置在分向密封圈27的Z方向顶端且与Z方向应力加载装置的端头固定连接；工作时，X方向分流装置与正方体试样33的X方向两侧面接触，Y方向分流装置与正方体试样33的Y方向两侧面接触，Z方向分流装置与正方体试样33的Z方向顶面接触，X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置的侧面均与分向密封圈27对应端面贴合密封，图像采集装置41竖直固定设置在Z方向分流装置的中心且图像采集装置41穿过分向密封圈27并向下插设在正方体试样33中心的模拟深井34内的顶部，三向独立分流系统和三向应力加载系统均与控制总系统连接；

基于深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置的试验方法，具体步骤如下：

S1.将分向密封圈套设在正方体试样外侧，在一体式反力壳体的压力舱底板中心放置下垫板，通过排液管道将下垫板的排液口与集液池连通；将X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置分别安装在X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置的端头，并将图像采集装置竖直固定设置在Z方向分流装置的中心且使图像采集装置穿过分向密封圈并向下插设在正方体试样中心的模拟深井内的顶部；

S2.通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向应力加载装置向正方体试样施加垂直向下的力，以使Z方向分流装置卡设在分向密封圈的Z方向顶端并压紧正方体试样，X方向应力加载装置对称固定在一体式反力壳体的X方向两侧，通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置和Y方向应力加载装置同时向正方体试样对称施加X方向和Y方向的力，使X方向分流装置对称卡设在分向密封圈的X方向两侧并压紧正方体试样，Y方向分流装置对称卡设在分向密封圈的Y方向两侧并压紧正方体试样；

S3.通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置同时向正方体试样施加预设的X方向、Y方向和Z方向的压力，使正方体试样受到预设应力的围压；

S4.通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置施加X方向、Y方向和Z方向的三向孔隙水压力，X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置的水流经分向密封圈的密封阻隔作用单方向从正方体试样外侧渗透至正方体试样中心的模拟深井中，通过图像采集装置实时采集三向孔隙水压力加载过程中正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，增加三向孔隙水压力至预设值并维持不变，通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置同时向正方体试样的六个面施加预设的X方向、Y方向和Z方向的三向压应力至预设值，通过图像采集装置实时采集三向孔隙水压力和三向压应力耦合作用下正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，并实时观察和采集正方体试样中心模拟深井内的壁岩破坏状态以及水流量信号；

S5.完成深井涌水模拟的岩石真三轴三维渗流耦合试验后，通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置停止向正方体试样施加三向孔隙水压力，通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向应力加载装置卸载压力至预设值，再控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置和Y方向应力加载装置同时卸载至X方向和Y方向的压应力为零并脱离试样为止，再卸载Z方向压应力至零并脱离试样为止；

S6.拆卸X方向应力加载装置，拆除正方体试样，清扫压力舱。

实施例2：本实例深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置与实施例1的深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置基本相同，不同之处在于：如图1~5以及图10所示，X方向应力加载装置为通过螺栓35拆卸设置在一体式反力壳体1 X方向的X方向液压油泵2，X方向液压油泵2包括对称设置在一体式反力壳体1 X方向两侧的X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2，X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的底端均竖直设置有支撑板29，X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2均通过支撑板29底端的滑轮42滑设在沿X方向的导轨12上，导轨12通过导轨承重柱13固定设置在地面，导轨12的两侧设置有X方向的底座枕木11，一体式反力壳体1设置在底座枕木11的中部，X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的外侧端均固定设置有自动伸缩杆8，自动伸缩杆8的端头固定设置有与自动伸缩杆8连通的蓄能器14，自动伸缩杆8的端头通过固定基座9固定设置在导轨12的起始端；X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的内侧端通过其端头固定设置的法兰盘28与一体式反力壳体1X方向两侧拆卸连接，X方向分流装置分别固定设置在X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的内侧端头；

固定基座9用于承载自动伸缩杆8，自动伸缩杆8用于推进X方向液压油泵2即X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的前后移动，作为拆卸和安装X方向应力加载装置的自动移动装置，蓄能器14可为自动伸缩杆8提供伸缩的能量，并调控X方向液压油泵2即X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的推进速度和距离；

一体式反力壳体1 X方向两侧设置有泵体推进控制开关15，蓄能器14通过泵体推进控制开关15与自动伸缩杆8电连接；

X方向分流装置包括X方向压头和X方向孔筛垫板22，X方向压头分别固定设置在X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2的内侧端头，X方向压头内设置有进水通道32，X方向孔筛垫板22固定设置在X方向压头上，进水通道32与X方向孔筛垫板22的筛孔连通；工作时，X方向孔筛垫板22与正方体试样33的X方向两侧面接触，X方向孔筛垫板22的侧面通过X方向位移传感器固定盘25固定设置有X方向位移传感器24，X方向位移传感器24的探头延伸方向与X方向孔筛垫板22移动方向相同；X方向位移传感器24可实时监测自动伸缩杆8调节下以及X方向液压油泵Ⅰ2-1和X方向液压油泵Ⅱ2-2推动下X方向孔筛垫板22在X方向的移动距离；

Y方向应力加载装置为固定设置在一体式反力壳体1Y方向两侧的Y方向液压油泵4，Y方向液压油泵4包括Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2，Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2分别对称设置在一体式反力壳体1Y方向两侧；Y方向分流装置包括Y方向压头和Y方向孔筛垫板23，Y方向压头分别固定设置在Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2的内侧端头，Y方向压头内也设置有进水通道32，Y方向孔筛垫板23固定设置在Y方向压头上，Y方向压头内的进水通道32与Y方向孔筛垫板23的筛孔连通；工作时，Y方向孔筛垫板23与正方体试样33的Y方向两侧面接触，Y方向孔筛垫板23的侧面通过Y方向位移传感器固定盘固定设置有Y方向位移传感器，Y方向位移传感器的探头延伸方向与Y方向孔筛垫板23移动方向相同；Y方向位移传感器可实时监测Y方向液压油泵Ⅰ4-1和Y方向液压油泵Ⅱ4-2推动下Y方向孔筛垫板23在Y方向的移动距离；

Z方向应力加载装置包括固定设置在一体式反力壳体1Z方向顶端的Z方向液压油泵3；Z方向分流装置包括Z方向压头和Z方向孔筛垫板21，Z方向压头内也设置有进水通道32，Z方向孔筛垫板21固定设置在Z方向压头上，Z方向压头内的进水通道32与Z方向孔筛垫板21的筛孔连通；工作时，Z方向孔筛垫板21与正方体试样33的Z方向两侧面接触，Z方向孔筛垫板21的侧面通过Z方向位移传感器固定盘19固定设置有Z方向位移传感器18，Z方向位移传感器18的探头延伸方向与Z方向孔筛垫板21移动方向相同，Z方向位移传感器18可实时监测Z方向液压油泵3推动下Z方向孔筛垫板21在Z方向的移动距离；

X方向位移传感器24、Y方向位移传感器和Z方向位移传感器18均通过内部信号数据传输线17和外部信号数据采集线10与控制总系统信号连接，X方向液压油泵2、Y方向液压油泵4和Z方向液压油泵3均通过外部信号数据采集线10与控制总系统信号连接；

进水通道32与对应的X方向孔筛垫板22、Y方向孔筛垫板23和Z方向孔筛垫板21的筛孔连通，进水通道32外接进水管16，进水管16与控制总系统连接，控制总系统可根据需要调控进水管16的进水流量，从而调控从X方向孔筛垫板22、Y方向孔筛垫板23和Z方向孔筛垫板21的筛孔内喷向正方体试样表面的孔隙水压力。

实施例3：本实例深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置与实施例2的深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置基本相同，不同之处在于：如图6~8所示，图像采集装置41包括中空的金属护管Ⅰ40，金属护管Ⅰ40竖直固定设置在Z方向孔筛垫板21的中心，金属护管Ⅰ40的空腔底端中心固定设置有微型摄像头30，微型摄像头30的外侧布设有LED环向补光灯39，金属护管Ⅰ40的外侧套设有密封套Ⅰ37，工作时，图像采集装置41的底部穿过分向密封圈27并向下插设在正方体试样33中心的模拟深井34内的顶部，微型摄像头30通过内部信号数据传输线17外接计算机；

如图9所示，下垫板设置在分向密封圈27的Z方向底端，下垫板的中心竖直设置有集液装置31，集液装置31包括中空的金属护管Ⅱ43，金属护管Ⅱ43的顶端为集液口38，金属护管Ⅱ43的外侧套设有密封套Ⅱ，集液装置31的顶部穿过分向密封圈27并向上插设在正方体试样33中心的模拟深井34内的底部，集液装置31的底端为排液口，集液池36设置在一体式反力壳体1外侧，排液口通过排液管道与集液池36连通，排液管道上设置有水流量监测装置26，水流量监测装置26通过外部信号数据采集线10外接计算机；

图像采集装置41的微型摄像头30可实时采集正方体试样中心的模拟深井内的图像信息和声学信息，水流量监测装置26可实时监测渗透水的收集量；实现对模拟“深井”内壁渗水信息进行实时监测，可观察“深井”井壁突涌水演化过程，同时，可实时测定真三轴条件下三维水压力时模拟“深井”涌水累积过程，同时，通过配合岩石CT和带有荧光物质的流体进行测试时，可实现水体在应力加载过程中运动轨迹的探测，进而研究水体在围岩真三轴应力下的运移机制和运动规律，实现三维水流的分向施加，使得岩石在真三轴应力下的三维渗透特性可以实时测量；图像采集装置41的微型摄像头30、水流量监测装置26和计算机的图像分析结合可研究真三轴应力下深井壁面围岩的变形破坏过程，可研究真三轴应力下应力-渗流耦合作用机理，可模拟研究深地工程中深井围岩突涌水作用机制，可测定真三轴条件下岩石的三维渗透系数，可模拟真三轴条件下深井三维水系从渗水-涌水演化过程，可研究岩石真三轴作用下在深地工程中的深井围岩水体运动机制，可用于模拟真三轴应力下深井围岩突涌水过程中的三维渗透特性。

实施例4：本实例深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置与实施例3的深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置基本相同，不同之处在于：

分向密封圈27为框架式正方体结构（见图11），正方体试样33设置在分向密封圈27内且正方体试样33的边缘包覆设置在分向密封圈27的框架内侧，X方向分流装置对称卡设在分向密封圈27的X方向两侧的框架窗口内，Y方向分流装置对称卡设在分向密封圈27的Y方向两侧的框架窗口内，Z方向分流装置卡设在分向密封圈27的Z方向顶端的框架窗口内；

分向密封圈27压紧锁死正方体试样33的四周，分向密封圈27用于隔离外部注入的水流直接流入正方体试样33的模拟深井34内，使各个水流方向单向流动，水流通过各个方向的进水通道32分向进入正方体试样33的5个表面，水流从正方体试样33的5个表面渗透进入正方体试样33中心的模拟深井34内，再经集液装置31的集液口38收集，并经排液管道排至集液池36中，排液管道上的水流量监测装置26实时监测渗透水的收集量；

控制总系统包括总电源控制箱5、应力伺服控制箱6和水压控制箱7，三向独立分流系统与水压控制箱7连接，三向应力加载系统与应力伺服控制箱6连接，应力伺服控制箱6和水压控制箱7均与总电源控制箱5连接；

三向应力加载系统的X方向位移传感器24、Y方向位移传感器和Z方向位移传感器18均通过内部信号数据传输线17和外部信号数据采集线10与控制总系统的应力伺服控制箱6信号连接，三向应力加载系统的X方向液压油泵2、Y方向液压油泵4和Z方向液压油泵3均通过外部信号数据采集线10与控制总系统的应力伺服控制箱6信号连接；

基于深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置的试验方法，具体步骤如下：

S1.将分向密封圈套设在正方体试样外侧，在一体式反力壳体的压力舱底板中心放置下垫板，通过排液管道将下垫板的排液口与集液池连通；将X方向孔筛垫板、Y方向孔筛垫板和Z方向孔筛垫板分别经X方向压头、Y方向压头和Z方向压头安装在X方向液压油泵、Y方向液压油泵和Z方向液压油泵的端头，并将图像采集装置竖直固定设置在Z方向孔筛垫板的中心且使图像采集装置向下穿过分向密封圈并插设在正方体试样中心的模拟深井内的顶部，图像采集装置的微型摄像头正对正方体试样中心的模拟深井内，图像采集装置的LED环向补光灯给微型摄像头的采集视域补光；

S2.通过控制总系统的应力伺服控制箱控制三向应力加载系统的Z方向液压油泵向正方体试样施加垂直向下的力，以使Z方向孔筛垫板卡设在分向密封圈的Z方向顶端并压紧正方体试样，通过泵体推进控制开关和蓄能器控制伸缩杆的伸缩距离和伸缩速率使X方向液压油泵对称靠近并贴合一体式反力壳体，并通过法兰盘和螺栓固定在一体式反力壳体的X方向两侧，通过应力伺服控制箱控制三向应力加载系统的X方向液压油泵和Y方向液压油泵同时向正方体试样对称施加X方向和Y方向的力，使X方向孔筛垫板对称卡设在分向密封圈的X方向两侧并压紧正方体试样，Y方向孔筛垫板对称卡设在分向密封圈的Y方向两侧并压紧正方体试样；

S3.通过控制总系统的应力伺服控制箱控制三向应力加载系统的X方向液压油泵、Y方向液压油泵和Z方向液压油泵同时向正方体试样施加预设的X方向、Y方向和Z方向的压力，使正方体试样受到预设应力的围压；

S4.通过控制总系统的水压控制箱控制三向独立分流系统的X方向孔筛垫板、Y方向孔筛垫板和Z方向孔筛垫板施加X方向、Y方向和Z方向的三向孔隙水压力，X方向孔筛垫板、Y方向孔筛垫板和Z方向孔筛垫板的水流受到分向密封圈的密封阻隔作用单方向从正方体试样外侧渗透至正方体试样中心的模拟深井中，图像采集装置的微型摄像头在LED环向补光灯的补光下实时采集三向孔隙水压力加载过程中正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，增加三向孔隙水压力至预设值并维持不变，通过控制总系统的应力伺服控制箱控制三向应力加载系统的X方向液压油泵、Y方向液压油泵和Z方向液压油泵同时向正方体试样的六个面施加预设的X方向、Y方向和Z方向的三向压应力至预设值，通过图像采集装置的微型摄像头实时采集三向孔隙水压力和三向压应力耦合作用下正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，并观察正方体试样的壁岩破坏状态以及通过水流量监测装置实时监测渗透水的收集量；

图像采集装置、水流量监测装置和计算机图像分析和数据分析结合实现对模拟“深井”内壁渗水信息进行实时监测，可观察“深井”井壁突涌水演化过程，同时，可实时测定真三轴条件下三维水压力时模拟“深井”涌水累积过程，同时，通过配合岩石CT和带有荧光物质的流体进行测试时，实现水体在应力加载过程中运动轨迹的探测，进而研究水体在围岩真三轴应力下的运移机制和运动规律，实现三维水流的分向施加，使得岩石在真三轴应力下的三维渗透特性可以实时测量；图像采集装置的微型摄像头30、水流量监测装置26和计算机的图像分析结合可研究真三轴应力下深井壁面围岩的变形破坏过程，可研究真三轴应力下应力-渗流耦合作用机理，可模拟研究深地工程中深井围岩突涌水作用机制，可测定真三轴条件下岩石的三维渗透系数，可模拟真三轴条件下深井三维水系从渗水-涌水演化过程，可研究岩石真三轴作用下在深地工程中的深井围岩水体运动机制，可用于模拟真三轴应力下深井围岩突涌水过程中的三维渗透特性；

S5.通过更换不含图像采集装置和集液装置的孔筛垫板后，换上不含空洞的岩石试样进行真三轴应力-渗流耦合作用下的力学加载，同时，通过应力-应变、声发射以及波速等信号的监测，可研究真三轴应力-渗流耦合作用下岩石多场耦合破坏机制、强度规律和渗透特性；

S6.完成深井涌水模拟的岩石真三轴三维渗流耦合试验后，通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向孔筛垫板、Y方向孔筛垫板和Z方向孔筛垫板停止向正方体试样施加三向孔隙水压力，通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向液压油泵卸载压力至预设值，再控制三向应力加载系统的X方向液压油泵和Y方向液压油泵同时卸载至X方向和Y方向的压应力为零并脱离试样为止，再卸载Z方向压应力至零并脱离试样为止；

S7.拆卸X方向液压油泵，通过泵体推进控制开关和蓄能器控制伸缩杆的伸缩距离和伸缩速率使X方向液压油泵对称远离一体式反力壳体，拆除正方体试样，清扫压力舱。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：包括一体式反力壳体（1）、三向独立分流系统、三向应力加载系统、图像采集装置（41）、分向密封圈（27）、控制总系统，一体式反力壳体（1）内设置有压力舱，分向密封圈（27）通过下垫板设置在压力舱的中心，下垫板的排液口通过排液管道外接集液池（36），正方体试样（33）设置在分向密封圈（27）内，正方体试样（33）的中心竖直设置有贯穿正方体试样（33）的中心通孔，中心通孔为正方体试样（33）的模拟深井（34），三向应力加载系统包括X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置，X方向应力加载装置对称设置在一体式反力壳体（1）的X方向两侧，Y方向应力加载装置对称设置在一体式反力壳体（1）的Y方向两侧，Z方向应力加载装置设置在一体式反力壳体（1）的Z方向顶端，三向独立分流系统包括X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置，X方向分流装置对称设置在分向密封圈（27）的X方向两侧且分别与X方向应力加载装置的端头固定连接，Y方向分流装置对称设置在分向密封圈（27）的Y方向两侧且分别与Y方向应力加载装置的端头固定连接，Z方向分流装置设置在分向密封圈（27）的Z方向顶端且与Z方向应力加载装置的端头固定连接；工作时，X方向分流装置与正方体试样（33）的X方向两侧面接触，Y方向分流装置与正方体试样（33）的Y方向两侧面接触，Z方向分流装置与正方体试样（33）的Z方向顶面接触，X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置的侧面均与分向密封圈（27）对应端面贴合密封，图像采集装置（41）竖直固定设置在Z方向分流装置的中心且图像采集装置（41）穿过分向密封圈（27）并向下插设在正方体试样（33）中心的模拟深井（34）内的顶部，三向独立分流系统和三向应力加载系统均与控制总系统连接。

2.根据权利要求1所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：X方向应力加载装置为拆卸设置在一体式反力壳体（1）X方向的X方向液压油泵（2），X方向液压油泵（2）包括对称设置在一体式反力壳体（1）X方向两侧的X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2），X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2）的底端均竖直设置有支撑板（29），X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2）均通过支撑板（29）底端的滑轮（42）滑设在沿X方向的导轨（12）上，导轨（12）通过导轨承重柱（13）固定设置在地面，导轨（12）的两侧设置有X方向的底座枕木（11），一体式反力壳体（1）设置在底座枕木（11）的中部，X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2）的外侧端均固定设置有自动伸缩杆（8），自动伸缩杆（8）的端头固定设置有与自动伸缩杆（8）连通的蓄能器（14），自动伸缩杆（8）的端头通过固定基座（9）固定设置在导轨（12）的起始端；X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2）的内侧端通过其端头固定设置的法兰盘（28）与一体式反力壳体（1）X方向两侧拆卸连接，X方向分流装置分别固定设置在X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2）的内侧端头。

3.根据权利要求2所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：X方向分流装置包括X方向压头和X方向孔筛垫板（22），X方向压头分别固定设置在X方向液压油泵Ⅰ（2-1）和X方向液压油泵Ⅱ（2-2）的内侧端头，X方向压头内设置有进水通道（32），X方向孔筛垫板（22）固定设置在X方向压头上，进水通道（32）与X方向孔筛垫板（22）的筛孔连通；工作时，X方向孔筛垫板（22）与正方体试样（33）的X方向两侧面接触，X方向孔筛垫板（22）的侧面固定设置有X方向位移传感器（24），X方向位移传感器（24）的探头延伸方向与X方向孔筛垫板（22）移动方向相同。

4.根据权利要求1所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：Y方向应力加载装置为固定设置在一体式反力壳体（1）Y方向两侧的Y方向液压油泵（4），Y方向液压油泵（4）包括Y方向液压油泵Ⅰ（4-1）和Y方向液压油泵Ⅱ（4-2），Y方向液压油泵Ⅰ（4-1）和Y方向液压油泵Ⅱ（4-2）分别对称设置在一体式反力壳体（1）Y方向两侧；Y方向分流装置包括Y方向压头和Y方向孔筛垫板（23），Y方向压头分别固定设置在Y方向液压油泵Ⅰ（4-1）和Y方向液压油泵Ⅱ（4-2）的内侧端头，Y方向压头内也设置有进水通道（32），Y方向孔筛垫板（23）固定设置在Y方向压头上，Y方向压头内的进水通道（32）与Y方向孔筛垫板（23）的筛孔连通；工作时，Y方向孔筛垫板（23）与正方体试样（33）的Y方向两侧面接触，Y方向孔筛垫板（23）的侧面固定设置有Y方向位移传感器，Y方向位移传感器的探头延伸方向与Y方向孔筛垫板（23）移动方向相同。

5.根据权利要求1所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：Z方向应力加载装置包括固定设置在一体式反力壳体（1）Z方向顶端的Z方向液压油泵（3）；Z方向分流装置包括Z方向压头和Z方向孔筛垫板（21），Z方向压头内也设置有进水通道（32），Z方向孔筛垫板（21）固定设置在Z方向压头上，Z方向压头内的进水通道（32）与Z方向孔筛垫板（21）的筛孔连通；工作时，Z方向孔筛垫板（21）与正方体试样（33）的Z方向两侧面接触，Z方向孔筛垫板（21）的侧面固定设置有Z方向位移传感器（18），Z方向位移传感器（18）的探头延伸方向与Z方向孔筛垫板（21）移动方向相同。

6.根据权利要求5所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：图像采集装置（41）包括中空的金属护管Ⅰ（40），金属护管Ⅰ（40）竖直固定设置在Z方向孔筛垫板（21）的中心，金属护管Ⅰ（40）的空腔底端中心固定设置有微型摄像头（30），微型摄像头（30）的外侧布设有LED环向补光灯（39），金属护管Ⅰ（40）的外侧套设有密封套Ⅰ（37），工作时，图像采集装置（41）的底部穿过分向密封圈（27）并向下插设在正方体试样（33）中心的模拟深井（34）内的顶部，微型摄像头（30）外接计算机。

7.根据权利要求6所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：下垫板设置在分向密封圈（27）的Z方向底端，下垫板的中心竖直设置有集液装置（31），集液装置（31）包括中空的金属护管Ⅱ（43），金属护管Ⅱ（43）的顶端为集液口（38），金属护管Ⅱ（43）的外侧套设有密封套Ⅱ，集液装置（31）的顶部穿过分向密封圈（27）并向上插设在正方体试样（33）中心的模拟深井（34）内的底部，集液装置（31）的底端为排液口，集液池（36）设置在一体式反力壳体（1）外侧，排液口通过排液管道与集液池（36）连通，排液管道上设置有水流量监测装置（26）。

8.根据权利要求1所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：分向密封圈（27）为框架式正方体结构，正方体试样（33）设置在分向密封圈（27）内且正方体试样（33）的边缘包覆设置在分向密封圈（27）的框架内侧，X方向分流装置对称卡设在分向密封圈（27）的X方向两侧的框架窗口内，Y方向分流装置对称卡设在分向密封圈（27）的Y方向两侧的框架窗口内，Z方向分流装置卡设在分向密封圈（27）的Z方向顶端的框架窗口内。

9.根据权利要求1所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置，其特征在于：控制总系统包括总电源控制箱（5）、应力伺服控制箱（6）和水压控制箱（7），三向独立分流系统与水压控制箱（7）连接，三向应力加载系统与应力伺服控制箱（6）连接，应力伺服控制箱（6）和水压控制箱（7）均与总电源控制箱（5）连接。

10.基于权利要求1~9任一项所述深井涌水模拟的岩石真三轴渗流耦合试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1.将分向密封圈套设在正方体试样外侧，在一体式反力壳体的压力舱底板中心放置下垫板，通过排液管道将下垫板的排液口与集液池连通；将X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置分别安装在X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置的端头，并将图像采集装置竖直固定设置在Z方向分流装置的中心且使图像采集装置向下穿过分向密封圈并插设在正方体试样中心的模拟深井内的顶部；

S2.通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向应力加载装置向正方体试样施加垂直向下的力，以使Z方向分流装置卡设在分向密封圈的Z方向顶端并压紧正方体试样，X方向应力加载装置对称固定在一体式反力壳体的X方向两侧，通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置和Y方向应力加载装置同时向正方体试样对称施加X方向和Y方向的力，使X方向分流装置对称卡设在分向密封圈的X方向两侧并压紧正方体试样，Y方向分流装置对称卡设在分向密封圈的Y方向两侧并压紧正方体试样；

S3.通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置同时向正方体试样施加预设的X方向、Y方向和Z方向的压力，使正方体试样受到预设应力的围压；

S4.通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置施加X方向、Y方向和Z方向的三向孔隙水压力，X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置的水流经分向密封圈的密封阻隔作用单方向从正方体试样外侧渗透至正方体试样中心的模拟深井中，通过图像采集装置实时采集三向孔隙水压力加载过程中正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，增加三向孔隙水压力至预设值并维持不变，通过控制总系统控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置、Y方向应力加载装置和Z方向应力加载装置同时向正方体试样的六个面施加预设的X方向、Y方向和Z方向的三向压应力至预设值，通过图像采集装置实时采集三向孔隙水压力和三向压应力耦合作用下正方体试样中心的模拟深井内的图像信息，并实时观察和采集正方体试样中心模拟深井内的壁岩破坏状态以及水流量信号；

S5.完成深井涌水模拟的岩石真三轴三维渗流耦合试验后，通过控制总系统控制三向独立分流系统的X方向分流装置、Y方向分流装置和Z方向分流装置停止向正方体试样施加三向孔隙水压力，通过控制总系统控制三向应力加载系统的Z方向应力加载装置卸载压力至预设值，再控制三向应力加载系统的X方向应力加载装置和Y方向应力加载装置同时卸载至X方向和Y方向的压应力为零并脱离试样为止，再卸载Z方向压应力至零并脱离试样为止；

S6.拆卸X方向应力加载装置，拆除正方体试样，清扫压力舱。

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